RU2581396C1 - Method of increasing accuracy of useful signal of ring laser - Google Patents
Method of increasing accuracy of useful signal of ring laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2581396C1 RU2581396C1 RU2014151880/28A RU2014151880A RU2581396C1 RU 2581396 C1 RU2581396 C1 RU 2581396C1 RU 2014151880/28 A RU2014151880/28 A RU 2014151880/28A RU 2014151880 A RU2014151880 A RU 2014151880A RU 2581396 C1 RU2581396 C1 RU 2581396C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- planar optical
- optical resonator
- useful signal
- relative
- signal
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
- G01C19/726—Phase nulling gyrometers, i.e. compensating the Sagnac phase shift in a closed loop system
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области преобразования параметров вращения в электрический сигнал с помощью гироскопов, в которых чувствительным элементом служит кольцевой лазер, и может быть использовано, например, в системах навигации.The invention relates to measuring technique, in particular to the field of converting rotation parameters into an electrical signal using gyroscopes, in which a ring laser serves as a sensitive element, and can be used, for example, in navigation systems.
Известен способ получения полезного сигнала кольцевого лазера на базе планарного оптического резонатора, описанный в патенте US 2008304052 A1, 11.12.2008, который заключается в обеспечении вращательных колебаний кольцевого лазера относительно корпуса гироскопа с помощью вибрационной частотной подставки.There is a method of obtaining a useful signal of a ring laser based on a planar optical resonator, described in patent US 2008304052 A1, 12/11/2008, which consists in providing rotational vibrations of a ring laser relative to the gyroscope body using a vibrational frequency stand.
Недостатком данного способа получения полезного сигнала кольцевого лазера является сниженная точность выдаваемого полезного сигнала. Обусловлено это тем, что в нем не обеспечивается подавление высших мод колебаний, которые мешают формированию разностного полезного сигнала, происходит сбой нулевого сигнала из-за искажения периметра корпуса резонатора, вызванного крутящим моментом, приложенным к единственной точке корпуса, а также использованием для устранения явления синхронизации встречных волн элемента Фарадея, состоящего из магнита и двух четвертьволновых пластинок, осуществляющих преобразование линейной поляризации в круговую и наоборот, что приводит к сильной зависимости величины нулевого сигнала от внешнего магнитного поля, а также вводит в рабочий объем дополнительные оптические элементы, на которых происходит взаимодействие встречных волн, распространяющихся в резонаторе, что увеличивает эффект их синхронизации и приводит к потере точности сигнала.The disadvantage of this method of obtaining a useful signal of a ring laser is the reduced accuracy of the generated useful signal. This is due to the fact that it does not provide suppression of higher modes of oscillations that interfere with the formation of a difference useful signal, a zero signal fails due to distortion of the perimeter of the resonator body caused by the torque applied to a single point of the body, and also to use the synchronization phenomenon to eliminate counterpropagating waves of the Faraday element, consisting of a magnet and two quarter-wave plates, converting linear polarization into circular and vice versa, which leads to the dependence of the value of the zero signal on the external magnetic field, and also introduces additional optical elements into which the counterpropagating waves propagating in the cavity interact, which increases the effect of their synchronization and leads to a loss of signal accuracy.
Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении точности полезного сигнала кольцевого лазера, при этом решается задача облегчения управления летательным аппаратом путем повышения точности определения его пространственного положения.The technical result achieved by the claimed invention is to improve the accuracy of the useful signal of a ring laser, while solving the problem of facilitating control of the aircraft by increasing the accuracy of determining its spatial position.
Заявленный технический результат достигается способом повышения точности полезного сигнала кольцевого лазера, заключающимся в обеспечении вращательных колебаний корпуса планарного оптического резонатора относительно корпуса гироскопа с помощью вибрационной частотной подставки, работающей на резонансной частоте виброподвеса, влияние которой на полезный сигнал компенсируется вычетом сигнала относительного движения корпуса планарного оптического резонатора на каждом такте съема информации с частотой, не менее, чем в шесть раз превышающей частоту вибрационной частотной подставки из суммарного сигнала. Обеспечивают селекцию высших типов колебаний в зоне перетяжки электромагнитного поля планарного оптического резонатора. Отражающие элементы, способствующие изменению угла направления лазерного излучения в оптическом канале, выполненном в корпусе планарного оптического резонатора, располагают симметрично относительно продольной оси корпуса планарного оптического резонатора, причем влияние искажения периметра оптического канала на полезный сигнал сводят к минимуму при помощи обеспечения зависимого или независимого друг от друга изменения положения упомянутых отражающих элементов относительно корпуса планарного оптического резонатора на величину, соответствующую изменениям периметра оптического канала.The claimed technical result is achieved by a method of improving the accuracy of the useful signal of a ring laser, which consists in providing rotational vibrations of the planar optical resonator body relative to the gyroscope body using a vibrational frequency stand operating at the resonant frequency of the vibration suspension, the influence of which on the useful signal is compensated by subtracting the signal of the relative motion of the planar optical resonator body at each step of information retrieval with a frequency of not less than six times yshayuschey frequency of the vibration cradle frequency sum signal. They provide for the selection of higher types of vibrations in the waist zone of the electromagnetic field of a planar optical resonator. Reflecting elements contributing to a change in the direction angle of the laser radiation in the optical channel made in the planar optical resonator body are arranged symmetrically relative to the longitudinal axis of the planar optical resonator body, and the influence of the perimeter of the optical channel on the useful signal is minimized by providing a dependent or independent of other changes in the position of the said reflective elements relative to the casing of the planar optical resonator by an amount corresponding to changes in the perimeter of the optical channel.
Селекцию высших типов колебаний обеспечивают путем создания местного сужения сечения оптического канала, имеющего эллиптическое сечение, соответствующее форме поперечного сечения лазерных пучков.The selection of higher types of vibrations is provided by creating a local narrowing of the cross section of the optical channel having an elliptical cross section corresponding to the shape of the cross section of the laser beams.
Отражающие элементы, способствующие изменению угла направления лазерного излучения в оптическом канале, располагают симметрично относительно местного сужения сечения оптического канала.Reflecting elements contributing to a change in the angle of direction of the laser radiation in the optical channel are arranged symmetrically with respect to the local narrowing of the optical channel cross section.
Отражающие элементы выполняют зеркальными.Reflective elements are mirrored.
Дополнительно осуществляют стабилизацию состава рабочей смеси.Additionally, stabilization of the composition of the working mixture is carried out.
Заявленный технический результат достигается способом повышения точности полезного сигнала кольцевого лазера, заключающимся в обеспечении вращательных колебаний корпуса планарного оптического резонатора относительно корпуса гироскопа с помощью вибрационной частотной подставки, работающей на резонансной частоте виброподвеса, что позволяет устранить явление синхронизации встречных волн. Влияние вибрационной частотной подставки на полезный сигнал компенсируют вычетом сигнала относительного движения корпуса планарного оптического резонатора на каждом такте съема информации с частотой, не менее чем в шесть раз превышающей частоту вибрационной частотной подставки из суммарного сигнала, что позволяет избежать искажения полезного сигнала. Исключают влияние на полезный сигнал высших типов колебаний, для чего обеспечивают селекцию высших типов колебаний в зоне перетяжки электромагнитного поля планарного оптического резонатора. Кроме того, снижают влияние искажения периметра канала для прохождения излучения на полезный сигнал путем изменения расположения точек отражения излучения соответственно величине искажения периметра канала, причем симметричное расположение точек отражения излучения позволяет более точно корректировать изменение периметра канала.The claimed technical result is achieved by a method of increasing the accuracy of the useful signal of a ring laser, which consists in providing rotational vibrations of the planar optical resonator body relative to the gyroscope body using a vibrational frequency stand operating at the resonant frequency of the vibration suspension, which eliminates the phenomenon of synchronization of counterpropagating waves. The influence of the vibrational frequency stand on the useful signal is compensated by subtracting the signal of the relative motion of the planar optical resonator body at each information acquisition cycle with a frequency no less than six times the frequency of the vibrational frequency stand from the total signal, which avoids distortion of the useful signal. Eliminate the influence on the useful signal of higher types of vibrations, which ensures the selection of higher types of vibrations in the waist zone of the electromagnetic field of a planar optical resonator. In addition, the influence of distortion of the perimeter of the channel for the passage of radiation on the useful signal is reduced by changing the location of the reflection points of radiation according to the distortion of the perimeter of the channel, and the symmetrical arrangement of the reflection points of radiation allows you to more accurately adjust the change in the perimeter of the channel.
Селекцию высших типов колебаний обеспечивают за счет местного сужения сечения оптического канала, расположенного в зоне перетяжки электромагнитного поля планарного оптического резонатора, что исключает усложнения конструкции и включения в нее элементов, способствующих созданию дополнительных помех.The selection of higher types of vibrations is ensured by local narrowing of the cross section of the optical channel located in the waist zone of the electromagnetic field of the planar optical resonator, which eliminates the complexity of the design and the inclusion of elements contributing to the creation of additional interference.
Дополнительная стабилизация состава рабочей смеси позволяет обеспечить необходимый технический ресурс за счет неизменности газового состава.Additional stabilization of the composition of the working mixture allows you to provide the necessary technical resource due to the invariability of the gas composition.
Поверхность отражающих элементов выполняют зеркальной, что позволяет получить максимальный коэффициент отражения, тем самым исключив помехи получаемого сигнала.The surface of the reflecting elements is mirrored, which allows to obtain the maximum reflection coefficient, thereby eliminating the interference of the received signal.
Заявленное изобретение работает следующим образом.The claimed invention works as follows.
Кольцевой лазер построен на базе планарного оптического резонатора. Для возбуждения и поддержания разряда в кольцевом лазере используют электроды: катод и два анода. Генерация лазерного излучения происходит на длине волны 0,6328 мкм, характеризуется эллиптическим поперечным сечением и линейной s-поляризацией (вектор напряженности электрического поля перпендикулярен плоскости корпуса планарного оптического резонатора). Активная среда - газовая смесь изотопов Не3:Ne20:Ne22=40:1:1 при давлении 750…950 Па, в которой поддерживается симметричный двухплечевой газовый разряд. Использование двух изотопов неона позволяет избежать конкуренции встречных волн, генерируемых лазером, что обеспечивается разностью частот 875 МГц, соответствующих максимумам коэффициентов усиления для изотопов Ne20, Ne22 при доплеровском и однородном уширении порядка 1 ГГц 10 МГц. Возбуждение и поддержание лазерной генерации производится двухплечевым симметричным разрядом постоянного тока в диапазоне рабочих токов от 0,4 до 0,75 миллиампер в каждом из плеч.A ring laser is built on the basis of a planar optical resonator. To excite and maintain a discharge in a ring laser, electrodes are used: a cathode and two anodes. Laser radiation is generated at a wavelength of 0.6328 μm, characterized by an elliptical cross section and linear s-polarization (the electric field strength vector is perpendicular to the plane of the casing of the planar optical resonator). The active medium is a gas mixture of He3: Ne20: Ne22 isotopes = 40: 1: 1 at a pressure of 750 ... 950 Pa, in which a symmetrical two-arm gas discharge is maintained. The use of two neon isotopes makes it possible to avoid the competition of counterpropagating waves generated by the laser, which is ensured by a frequency difference of 875 MHz, corresponding to the maxima of the gain for the Ne20, Ne22 isotopes with Doppler and uniform broadening of the order of 1 GHz 10 MHz. Excitation and maintenance of laser generation is performed by a two-arm symmetrical direct current discharge in the range of operating currents from 0.4 to 0.75 milliamps in each of the arms.
Для устранения явления синхронизации встречных волн корпусу оптического планарного резонатора придают вращательные колебания, тем самым создают вибрационную частотную подставку. При этом вибрационная частотная подставка работает на резонансной частоте виброподвеса, на котором закреплен кольцевой лазер, и находится в пределах 400±20 Гц. В свою очередь, влияние вибрационной частотной подставки на полезный сигнал компенсирует вычетом сигнала относительного движения корпуса планарного оптического резонатора на каждом такте съема информации с частотой, не менее чем в шесть раз превышающей частоту вибрационной частотной подставки из суммарного сигнала, например, с датчика относительного движения, в качестве которого может быть использован магнито-электрический датчик угловой скорости.To eliminate the phenomenon of synchronization of counterpropagating waves, rotational vibrations are added to the casing of the optical planar resonator, thereby creating a vibrational frequency stand. In this case, the vibrational frequency stand operates at the resonant frequency of the vibro-suspension, on which the ring laser is fixed, and is in the range of 400 ± 20 Hz. In turn, the influence of the vibrational frequency stand on the useful signal is compensated by subtracting the signal of the relative motion of the casing of the planar optical resonator at each data acquisition cycle with a frequency not less than six times the frequency of the vibrational frequency stand from the total signal, for example, from a relative motion sensor, which can be used magneto-electric angular velocity sensor.
Кроме того, для исключения влияния на полезный сигнал необходимо обеспечить селекцию высших типов колебаний, т.е. обеспечить подавление высших мод планарного оптического резонатора и обеспечить генерацию только на основной продольной моде ТЕМ00. Это можно достичь, например, путем создания местного сужения сечения оптического канала, расположенного в зоне перетяжки электромагнитного поля планарного оптического резонатора, имеющего эллиптическое сечение, соответствующее форме поперечного сечения лазерных пучков.In addition, to eliminate the effect on the useful signal, it is necessary to ensure the selection of higher types of oscillations, i.e. provide suppression of higher modes of the planar optical resonator and ensure generation only on the main longitudinal mode TEM00. This can be achieved, for example, by creating a local narrowing of the cross section of the optical channel located in the waist zone of the electromagnetic field of the planar optical resonator having an elliptical cross section corresponding to the shape of the cross section of the laser beams.
Возможность управления отражающими элементами как в зависимом друг от друга режиме, так и в независимом друг от друга режиме дает возможность контроля их положения в зависимости от ситуации. Причем оба режима можно достичь применением независимых друг от друга двигателей, получающих сигналы от датчиков, регистрирующих искажение геометрических размеров симметричных частей корпуса, напрямую на двигатели либо через управляющий расчетный блок. Такая конструкция позволяет получать корректирующие сигналы от датчиков, расположенных в каждой половине корпуса, что обеспечивает получение более точной информации об изменении периметра, например, при различном искажении частей корпуса, а соответственно обеспечивается возможность более точно отреагировать на параметры искажения и свести к минимуму помехи, вызванные таким искажением.The ability to control reflective elements both in a mode dependent on each other and in a mode independent from each other makes it possible to control their position depending on the situation. Moreover, both modes can be achieved by using independent from each other engines, receiving signals from sensors that detect distortion of the geometric dimensions of the symmetrical parts of the body, directly to the engines or through a control calculation unit. This design allows you to receive corrective signals from sensors located in each half of the casing, which provides more accurate information about the change in the perimeter, for example, with different distortion of parts of the casing, and accordingly, it is possible to more accurately respond to distortion parameters and minimize interference caused by such a distortion.
Дополнительно осуществляют стабилизацию состава рабочей смеси в процессе эксплуатации, что позволяет обеспечить необходимый технический ресурс за счет неизменности газового состава для чего, например, используется нераспыляемый геттер из титан-ванадиевой смеси.Additionally, the composition of the working mixture is stabilized during operation, which ensures the necessary technical resource due to the invariability of the gas composition, for which, for example, an atomized getter from a titanium-vanadium mixture is used.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014151880/28A RU2581396C1 (en) | 2014-12-22 | 2014-12-22 | Method of increasing accuracy of useful signal of ring laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014151880/28A RU2581396C1 (en) | 2014-12-22 | 2014-12-22 | Method of increasing accuracy of useful signal of ring laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2581396C1 true RU2581396C1 (en) | 2016-04-20 |
Family
ID=56194797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014151880/28A RU2581396C1 (en) | 2014-12-22 | 2014-12-22 | Method of increasing accuracy of useful signal of ring laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2581396C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2735490C1 (en) * | 2020-03-12 | 2020-11-03 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method of determining sensitivity coefficient of perimeter of resonator of zeeman ring laser to effect of linear accelerations |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4255054A (en) * | 1979-03-21 | 1981-03-10 | The Singer Company | Lock-in control system for spring suspended ring laser gyroscope |
US4783169A (en) * | 1985-08-09 | 1988-11-08 | Litton Systems, Inc. | Control of a ring laser gyro cavity according to a preselected model |
RU2112926C1 (en) * | 1996-10-28 | 1998-06-10 | Научно-производственный комплекс "Электрооптика" | Method determining spatial angular orientation of mobile object and laser measurement unit |
GB2507238A (en) * | 1987-10-28 | 2014-04-30 | Litton Systems Inc | Ring laser gyroscope scale factor error control apparatus and method |
RU2531028C1 (en) * | 2013-04-19 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") | Method to measure angular movements by laser gyroscope |
-
2014
- 2014-12-22 RU RU2014151880/28A patent/RU2581396C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4255054A (en) * | 1979-03-21 | 1981-03-10 | The Singer Company | Lock-in control system for spring suspended ring laser gyroscope |
US4783169A (en) * | 1985-08-09 | 1988-11-08 | Litton Systems, Inc. | Control of a ring laser gyro cavity according to a preselected model |
GB2507238A (en) * | 1987-10-28 | 2014-04-30 | Litton Systems Inc | Ring laser gyroscope scale factor error control apparatus and method |
RU2112926C1 (en) * | 1996-10-28 | 1998-06-10 | Научно-производственный комплекс "Электрооптика" | Method determining spatial angular orientation of mobile object and laser measurement unit |
RU2531028C1 (en) * | 2013-04-19 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") | Method to measure angular movements by laser gyroscope |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2735490C1 (en) * | 2020-03-12 | 2020-11-03 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method of determining sensitivity coefficient of perimeter of resonator of zeeman ring laser to effect of linear accelerations |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2952854B1 (en) | Self-calibrating nuclear magnetic resonance (nmr) gyroscope system | |
JP4809260B2 (en) | Chip-scale atomic gyroscope | |
Azarova et al. | Zeeman laser gyroscopes | |
EP2910900A1 (en) | Nuclear magnetic resonance gyroscope system | |
Belfi et al. | A 1.82 m2 ring laser gyroscope for nano-rotational motion sensing | |
WO2017130312A1 (en) | Gyroscope | |
RU2408844C1 (en) | Measurement method of angular movements with laser gyroscope | |
Watson | Vibratory gyro skewed pick-off and driver geometry | |
CN102177412B (en) | Laser gyro having a solid-state amplifying medium and an optical ring cavity | |
EP3652500B1 (en) | A whispering gallery mode inertial sensor and method | |
Johnson et al. | Tuning fork MEMS gyroscope for precision northfinding | |
Wei et al. | High-precision synchronous test method of vibration performance parameters for fused quartz hemispherical resonator | |
Senkal et al. | Minimal realization of dynamically balanced lumped mass WA gyroscope: Dual foucault pendulum | |
Azarova et al. | Ring gas lasers with magneto-optical control for laser gyroscopy | |
RU2581396C1 (en) | Method of increasing accuracy of useful signal of ring laser | |
RU2418266C1 (en) | Method of measuring angular displacement with laser gyroscope | |
Sorenson et al. | Effect of structural anisotropy on anchor loss mismatch and predicted case drift in future micro-hemispherical resonator gyros | |
CN104296739A (en) | Chip-level nuclear magnetic resonance atomic gyroscope gauge head | |
Chu et al. | Investigation of dynamic characteristics of fused silica hemispherical resonator with shock and harmonic excitation | |
Ayswarya et al. | A survey on ring laser gyroscope technology | |
Li et al. | Measurement method of frequency splitting for high-Q hemispherical resonator based on standing wave swing effect | |
RU172111U1 (en) | ANGULAR SPEED LASER SENSOR | |
Gallacher et al. | Initial test results from a 3-axis vibrating ring gyroscope | |
EP0420943A1 (en) | Ring laser gyroscope. | |
RU2617541C1 (en) | Ring laser |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |